11.Механические расчеты основных узлов и деталей химических аппаратов.

11.1 Расчет толщины обечаек.

Главным составным элементом корпуса большинства химических аппаратов является обечайка. В химическом аппаратостроении наиболее распространены цилиндрические обечайки, отличающиеся простотой изготовления, рациональным расходом материала и достаточной прочностью. Цилиндрические обечайки из стали, сплавов из основы цветных металлов и других пластичных материалов при избыточном давлении среды в аппарате до 10 МПа изготавливают вальцовкой листов с последующей сваркой стыков.

Толщину тонкостенных обечаек, работающих под внутренним избыточным давлением р (в МПа), следует рассчитать по формуле:

где

D – наружный или внутренний диаметр обечайки, м

σ_д – допускаемое напряжение на растяжение для материала обечайки, МН/м² (рис. IV. 1 [4).

Коэффициент φ учитывает ослабление обечайки из–за сварного шва и наличия неукреплённых отверстий. При отсутствии неукреплённых отверстий φ = φ_ш, причём для стальных обечаек принимают φ_ш = 0,7 - 1,0, в зависимости от типа сварного шва.

Определю толщину стенки сварной цилиндрической обечайки корпуса двухходового кожухотрубчатого теплообменника типа ТН при следующих данных: материал обечайки – сталь марки Х18Н10Т, коррозионная проницаемость П ≤ 0,1 мм/год запас на коррозию С_к определяется:

где

τ_а – амортизационный срок службы аппарата (можно принять τ_а = 10 лет)

Нагрев производится парами бензола при атмосферном давлении 0,1 МПа и температуре 80,2 ⁰С. Внутренний диаметр обечайки D_в = 0,6 м, отверстия в обечайки укреплённые, сварной шов – стыковой двусторонний (φ_ш = 0,95)

допускаемое напряжение для стали марки Х18Н10Т при 100 ⁰С равно σ_д = 142 МН/м².

Толщина обечайки с учётом запаса на коррозию и округления равна:

δ=0,002 м.

П роверю условие:

Верно.

11.2 Расчет толщины тепловой изоляции.

Нагреваемые объекты, оборудование и коммуникации нагревающих установок, работающих при температурах выше температуры среды, покрывают тепловой изоляцией.

Толщину тепловой изоляции δ_и находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду

где

α_в – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/(м²·К).

t_ст2 – температура изоляции со стороны окружающей среды (воздуха); для аппаратов, работающих в закрытом помещении, выбирается в интервале

35 – 45 ⁰С. Выбираю t_ст2 = 40 ⁰С;

t_ст1 – температура изоляции со стороны аппарата; ввиду незначительности термического сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции t_ст1 принимаю равной температуре греющего пара t_г1;

То есть t_ст1 = t_г1 = 80,2 ⁰С;

t_в = 23 ⁰С – температура окружающей среды (воздуха);

λ_в – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м·К).

Выбираю в качестве материала для тепловой изоляции совелит (85% магнезии + 15% асбеста), имеющий λ_в = 0,09 Вт/(м К)

α_в=11,6 Вт/(м²·К).

Рассчитаю толщину тепловой изоляции:

δ_и=0,018 м